Науково-освітній сервер "Оптика".
ИТМО, Санкт-Петербург.
Оптична система - це сукупність відображають і заломлюючих поверхонь, які відокремлюють один від одного оптично однорідні середовища. Зазвичай ці поверхні є сферичними або плоскими.
Якщо центри всіх поверхонь лежать на одній прямій, то оптична система називається центрованої. Щоб центрована система була ідеальною оптичною системою, необхідно обмежитися тільки променями, що йдуть під малими кутами до головної оптичної осі. Такі промені називаються параксіальними. Теорія ідеальних оптичних систем була розвинена Гауссом (1841).
У реальному оптичній системі завжди є похибки, що відрізняють її від ідеальної системи. Аберації розмивають зображення об'єктів, створюють фарбування, погіршують роздільну здатність оптичних систем.
Основні похибки реальної оптичної системи:
Сферична аберація - похибка, що виявляється при відображенні точок, що лежать на оптичній осі системи. Промені, що проходять через краю лінзи, заломлюються сильніше, ніж ті, які проходять поблизу оптичної осі. Відбувається перерозподіл освітленості в зображенні точки: в центрі плями гострий максимум і швидке убування освітленості в міру віддалення від центру.
Кома виникає через порушення осьової симетрії широкого пучка променів, що виходить з точки предмета, розташованої поза оптичної осі. Пляма розсіювання має вигляд яскравого гуртка малого розміру з поступово розширюється хвостом. Залежно від знака аберації хвіст може бути направлений або в сторону оптичної осі системи, або в протилежну сторону. Розподіл освітленості в фігурі розсіювання асиметрично - вся енергія зосереджена в вугіллі близько 60, і швидко зменшується в напрямку від вершини кута.
Астигматизм і кривизна поля. Ці дві аберації часто супроводжують один одного. Зображення внеосевой точки предмета, що отримується в площині зображень - це еліпс з центром в параксіальної зображенні (зображенні, створюваному тільки параксіальними променями). Існує три положення екрану, на яких фігура розсіювання приймає екстремальну форму. У площині 1, в якій знаходиться фокус меридіональних променів. фігура розсіювання вироджується у відрізок прямої, розташований перендікулярно меридіональної площині. У площині 2, в якій знаходиться фокус сагиттальних променів. фігура також представляє з себе відрізок прямої, але розташований в меридіональної площині. Нарешті, в площині 3, що лежить приблизно посередині між площинами 1 і 2, фігура розсіювання являє собою коло. Зображення предмета, розташованого перпендикулярно оптичної осі, виходить різким, але розташованим на викривленій поверхні.
Дісторсия - це аберація, що викликає спотворення зображення предмета, залишаючи його різким. Зображення точки, розташованої близько до оптичної осі, дуже мало відхиляється від свого ідеального положення, а зображення точки предмета, далекій від оптичної осі, зміщене від ідеального положення тим більше, чим далі від осі знаходиться ця точка. Дісторсия може бути подушкообразной або бочкообразной.
Хроматична аберація - похибка, що виникає через те, що світло різної довжини хвилі переломлюється по-різному (явище дисперсії світла).
При конструюванні оптичних інструментів, в залежності від їх призначення, прагнуть по можливості зменшити ті чи інші аберації.
Хвильова природа світла проявляється в тому, що навіть при відсутності геометричних аберацій зображення точки предмета являє собою дифракційну гурток (дифракційні аберації).